Wasserstoff-Wohnhaus

3 Kommentar(e)

Im Ahrntal/Sรผdtirol wurde ein Wasserstoff-Wohnhaus realisiert, das aufhorchen lรคsst. Unseres Erachtens ist dieses Pilotprojekt ein sehr wichtiger Meilenstein der Energiewende.

Autor
Winfried Schneider

Winfried

Schneider, IBN

Architekt und Geschรคftsfรผhrer des Institut fรผr Baubiologie + Nachhaltigkeit IBN in Rosenheim

Erneuerbare Energie unabhรคngig von Jahreszeiten und Witterung

Beim Einsatz von erneuerbaren Energien aus Wind, Wasser oder Sonne entstehen oftmals Ungleichheiten zwischen dem Bedarf und der gerade verfรผgbaren Energie. Die Energieproduktion der erneuerbaren Energieformen hรคngt von vielen Faktoren ab und ist jahreszeiten- sowie witterungsabhรคngig. Wo im Sommer oftmals Energieรผberschรผsse entstehen, besteht im Winter das Problem, dass nicht genรผgend Energie produziert werden kann. Die Firma โ€žGKN Sinter Metalsโ€œ (Niederlassung Bruneck) will mit einer innovativen und patentierten Methode Abhilfe schaffen, welche Wasserstoff energieeffizient und kompakter als in bisherigen Druckbehรคltern speichern und abrufen kann. Der eingelagerte Wasserstoff kann รผber Jahre hinweg weitgehend ohne Energieverlust, wie man sie von Batterien kennt, nahezu verlustfrei und CO2-neutral gespeichert werden.

Wasserstofftechnik frรผher und heute

Bereits in den 80er Jahren gab es erste Hรคuser z.B. in der Schweiz und in Schweden, die mit Hilfe von selbst erzeugtem Wasserstoff autark und umweltfreundlich funktionierten. Damals waren die technischen Mรถglichkeiten noch nicht ausgereift. Wasserstoff musste z.B. in groรŸen Druckbehรคltern gespeichert werden, die theoretisch auch explodieren kรถnnen. Die damals umgesetzten Projekte wurden deshalb letztendlich aus Sicherheitsgrรผnden verboten. Die Wirtschaft war damals leider auch noch nicht bereit, die Wasserstofftechnik weiter zu entwickeln und zur Marktreife zu bringen. Nun aber kommt weltweit Bewegung in diese fรผr die Energiewende wichtige Wasserstofftechnik und die Firma GKN hat in einer mehrjรคhrigen Entwicklungsphase ein neues Verfahren entwickelt, wie Wasserstoff sicher gespeichert werden kann. 

“Bei der Besichtigung dieses Wasserstoff-Hauses hatte ich das Gefรผhl, dass dieses Pilotprojekt bei der Entwicklung einer nachhaltigen Energieversorgung noch Geschichte schreiben wird.”

Winfried Schneider, Geschรคftsfรผhrer IBN

Knappenhaus im Ahrntal

Seit langem ist die eigene Wasserturbine ein wichtiger Teil vom Knappenhaus im Ahrntal (Kasern, Gemeinde Prettau, ca. 1.400 m Hรถhe). Das umfangreich sanierte und ausgebaute Gebรคude wurde nie an das Stromnetz angeschlossen. Heute verbraucht ein Haushalt aber deutlich mehr Strom als frรผher und im Winter nimmt die Stromerzeugung durch den frostbedingt geringeren Wasserzufluss deutlich ab. Mit einem 2019 realisierten neuartigen Feststoff-Speicher fรผr Wasserstoff von GKN, welcher die Energie รผber lรคngere Zeitrรคume speichern kann, wurde dieses Manko behoben. Mit dem Strom der Turbine wird der Wasserstoff produziert, in recycelbaren Metallpellets (Eisen-Titan-Legierung) gespeichert und bei Bedarf โ€“ hier vor allem im Winter โ€“ mit Hilfe einer Brennstoffzelle in nutzbaren Strom und auch Wรคrme umgewandelt. Das Gebรคude bleibt unabhรคngig und kann mit der Energie aus dem Sommer im Winter versorgt werden โ€“ ganz ohne Emissionen.

1 Vorne das umfangreich sanierte Bauernhaus, hinten das Technikgebรคude
2 Technikgebรคude
3 Wasserturbine (8 kW)
4 800 Liter-Heizungspufferspeicher (rechts)
5 รœbersicht Anlagenkonzept
6 Eisen-Titan-Ronde als Wasserstoffspeicher
7 รœbersicht aktuelle Messwerte

Marktreife

Diese Technik ist faszinierend und zukunftsweisend und nach Aussage von Peter Oberparleiter, GKN-Geschรคftsfรผhrer, bereits marktfรคhig, wenn auch noch sehr teuer. Auf Basis dieses Pilotprojektes, das auch als Testanlage dient, geht es nun darum, die Anlagen kleiner und kostentechnisch gรผnstiger zu machen. Da hier eine weltweit aufgestellten Firma wie GKN die Entwicklung vorantreibt, sollte es gelingen, dass bald bezahlbare und marktreife Module zur Verfรผgung stehen und somit die Energieversorgung mit regional verfรผgbaren erneuerbaren Energien aus Wind, Wasser und Sonne in Kombination mit Wasserstoff als Energiespeicher ganzjรคhrig gesichert werden kann. 

In Planung ist bereits ein weiteres grรถรŸeres Wasserstoff-Projekt im Pustertal. Zudem steht die Firma GKN mit einem groรŸen italienischen Schiffsbauer in Verbindung, der ein Testschiff auf Wasserstoffbasis bauen mรถchte.

8 Wohnraum
9 Typischer Sรผdtiroler Bauernofen mit Ofenbrรผcke (Schlafmรถglichkeit รผber dem Ofen) und Ofenbank
10 Schlafzimmer mit Zirbenholz

TECHNIK-DETAILS

Wasserturbine
Die Pelton-Wasserturbine generiert den elektrischen Strom fรผr das Knappenhaus und wird aus einer Quelle rund 100 Hรถhenmeter oberhalb des Hauses gespeist. Bei einem Normaldruck von 10 bar liefert die Turbine maximal ca. 8 kW. Leistungsรผberschรผsse, welche beispielsweise bei geringem Stromverbrauch in der Nacht entstehen, werden fรผr die elektrolytische Wasserstoffproduktion genutzt.

Heizungspufferspeicher
Der Heizungspufferspeicher ist ein kombinierter Wรคrmespeicher im Bereich von 20 bis 90 ยฐC. Er versorgt sowohl die Heizungsanlage als auch die Warmwasserversorgung im Haus. Gespeist wird der 800 Liter groรŸe Speicher mit der Abwรคrme der Elektrolyse (รผberwiegend im Sommer) und der Abwรคrme der Brennstoffzelle (รผberwiegend im Winter). Zur Sicherheit kann zusรคtzlich die Pelletheizung das Wasser im Speicher erhitzen.

Akkumulator
Der Akkumulator wird fรผr die konstante und ausreichende Stromversorgung des Knappenhauses benรถtigt, um eine 120-sekรผndige Anlaufverzรถgerung der Brennstoffzelle bei der Rรผckverstromung des gespeicherten Wasserstoffes zu รผberbrรผcken. Im Testsystem wird diese Lรผcke von 4 Lithium-Eisenphosphat Akkumulatoren mit rund 10 kWh Speicherkapazitรคt abgedeckt.

Wasserstoffaufbereitung Elektrolyse
Fรผr den Elektrolyseprozess wird Wasser mit einer Leitfรคhigkeit von unter 0,1 ยตS benรถtigt. Dafรผr muss das lokale Quellwasser aufbereitet werden. Die Reinigung erfolgt per Umkehrosmose und einem Ionenaustauscher.

Wasserstoffspeicher
Das zentrale Element des Systems ist der Wasserstoffspeicher, bestehend aus 8 Speicherflaschen, die im Vergleich zu Druckbehรคltern deutlich kompakter sind. Jede Speicherflasche ist mit 82 gepressten Metallpellets gefรผllt. Das Metall reagiert mit Wasserstoff zu Metallhydrid und speichert den Wasserstoff chemisch bei maximal 40 bar. Jeweils 4 Flaschen kรถnnen separat angesteuert werden. Jede Flasche wiegt rund 100 kg. Darin kann rund 1 kg Wasserstoff mit einem Energiegehalt von 33 kWh, gespeichert werden, der je zur Hรคlfte fรผr die Erzeugung von Wรคrme und elektrischem Strom in der Brennstoffzelle genutzt wir.
Zum Vergleich: In einem Brennstoffzellenauto reicht diese Energiemenge fรผr eine Fahrstrecke von rund 100 km, im Knappenhaus kรถnnte man damit ca. 1 Stunde warm duschen und auch noch 16 Mal Wรคsche waschen. Entsprechend kann das Gesamtsystem mit seinen 8 Speicherflaschen einen 4-Personen-Haushalt ca. 12 Tage mit Strom versorgen und das Haus zusรคtzlich 6 Tage beheizen.

Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle wandelt den gespeicherten Wasserstoff bei Bedarf in elektrischen Strom. Sie besteht wie die Elektrolyse aus einer Feststoffmembran, arbeitet jedoch genau umgekehrt. Sobald der Bedarf des Hauses nicht mehr durch die Turbine gedeckt wird, greift ein Regler auf den Akkumulator des Speichersystems zu und entlรคdt diesen. Diese Entladung startet zugleich die Brennstoffzelle. Die Steuerung leitet Wรคrme vom Heizungspufferspeicher zum Wasserstoffspeicher, wodurch die Metallhydrid-Bindungen gelรถst werden. Der freigesetzte Wasserstoff flieรŸt zur Brennstoffzelle und generiert elektrischen Strom. Die Abwรคrme der Brennstoffzelle hรคlt den Kreislauf so lang aufrecht, bis die Akkumulatoren wieder vollstรคndig geladen sind. Die kompakte Einheit ist auf rund 6 kW elektrische Leistung gedrosselt und liefert mit einem Wirkungsgrad von rund 50 % Strom und Wรคrme.

Quellenangaben

Ihre Stimme zรคhlt

Kommentarregeln:
Wir sind neugierig, was Sie zu sagen haben. Hier ist Raum fรผr Ihre Meinung, Erfahrung, Stellungnahme oder ergรคnzende Informationen. Bitte beachten Sie bei Ihrem Kommentar folgende Regeln:

  • Bitte keine Fragen: Auf dieser kostenlosen Informationsplattform kรถnnen wir keine Fragen beantworten - bitte stellen Sie Ihre Fragen direkt an unsere Autor*innenAutor*innen.
  • Bitte keine Werbung: Gerne kรถnnen Sie auf Ihre Produkte/Dienstleistungen mit einem Werbebanner aufmerksam machen.

3 Kommentare

  1. Insgesamt รผberzeugt mich das Konzept nicht und aus meiner Sicht wird der Abdruck in der Geschichtsschreibung eher dรผnn bleiben.

    Fรผr die, die es interessiert, folgt hier, warum:

    Wenn ich richtig rechne, kรถnnen die 8 Flaschen in Summe Wasserstoff mit einem nominellen Energiegehalt von 264kWh speichern.
    Fรผr die Brennstoffzelle ist der Wirkungsgrad mit 50% angegeben (das ist dafรผr sehr viel, aber ich glaube es mal), bleiben 132kWh. Beim Elektrolyseur fehlt die Angabe. Nehmen wir mal 65% an. Bleiben knapp 86kWh Energie, die im besten Fall aus der Quellenergie, also dem von der Wasserturbine erzeugten Strom, genutzt werden kรถnnen โ€“ das ist ein knappes Drittel.
    Die Verluste durch Nebenaggregate (Druckpumpe, โ€ฆ) lasse ich mal auรŸen vor, aber auch die Abwรคrmenutzung zur Heizung.
    Aktuell wird davon ausgegangen, dass ein moderner Batteriepack fertig fรผr gut 100$/kWh hergestellt werden kann, d.h. ein fertiges 100kWh-System kostet 10000$ (jedenfalls ist dies ein Preis, den man gegenรผber einer Pilotanlage auf jeden Fall annehmen kann). Dieses bietet bei รผblichen Systemwirkungsgraden von minimal 85-90% wenigstens oben verfรผgbare die Kapazitรคt von 86%, lieรŸe sich aber leicht nach oben oder unten skalieren.
    Mit Anschluss und Wandlerelektronik und in Euro landet man dann vielleicht bei 20000-30000โ‚ฌ. Wenn man mรถchte, dazu noch eine Wรคrmepumpe fรผr den gleichen Preis fรผr die Heizung.
    Fรผr roundabout 50000โ‚ฌ also ein fertiges, effizienteres und deutlich wartungsรคrmeres System, dass man so am Markt kaufen kรถnnte. Was hat nun die Anlage in diesem Pilothaus gekostet? Bei รผblichen wenigstens 5000-10000โ‚ฌ pro kW Leistung kostet allein die Brennstoffzelle 30000-60000โ‚ฌ, ohne die restliche Technik.
    รœbrigens: Die Gesamtkapazitรคt รผber die Lebensdauer (bis die Batterien nur noch 70% Restkapazitรคt haben) dรผrfte bei der Batterie bei deutlich รผber 100MWh liegen, bei (unrealistischen) 6kW Dauerentnahme wรผrden damit schon knapp 17000 Betriebsstunden erreicht (und laufen wรผrden es immer noch). Bei (realistischeren) maximal 2kW Durchschnittsentnahme bleiben 50000 Betriebsstunden plus Betrieb mit <=70% Kapazitรคt. Die Lebensdauer der Brennstoffzelle liegt bei 5000-40000h und dann muss sie ausgetauscht werden. Preis siehe oben. Lebensdauerangaben zu anderen Komponenten wie 40bar-Wasserstoffpumpen oder den Druckbehรคltern (sowie den Kosten fรผr deren regelmรครŸige Prรผfung) liegen mir nicht vor. (Und: Wer meine Preisschรคtzung fรผr fraglich hรคlt, darf sich gerne mal anschauen, dass ein Tesla Model 3 mit 50kWh Akku ohne Fรถrderung momentan ~48000โ‚ฌ kostet, inkl. 7kW Heizung. Ein VW eUp! โ€“ auch mit Heizung โ€“ kostet ~22000โ‚ฌ mit 32kWh Batterie. Also Auto und Optimierung fรผr Auto raus (z.B. geringes Gewicht und GrรถรŸe, sehr hohe Lade- und Entladeleistung, etc.) und man sieht, dass die Schรคtzung grob passen dรผrfte.)

    Antworten
  2. Das ist ja einmal eine echte Alternative zur Wรคrmepumpe. Klasse. Vielen Dank.

    Antworten
  3. Faszinierend! Das macht richtig Hoffnung. Danke fuer diesen sehr informativen Artikel!

    Antworten

Einen Kommentar abschicken

Deine E-Mail-Adresse wird nicht verรถffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

Bilder: Institut fรผr Baubiologie + Nachhaltigkeit IBN

Autor
Winfried Schneider

Winfried

Schneider, IBN

Architekt und Geschรคftsfรผhrer des Institut fรผr Baubiologie + Nachhaltigkeit IBN in Rosenheim

How to become a Building Biology Consultant IBN?

Seminare und Qualifizierung: Baubiologische Messtechnik IBN
Seminare und Qualifizierung: Baubiologische Energieberatung IBN
Seminare und Qualifizierung: Baubiologische Raumgestaltung IBN
Baubiologische Beratungsstellen
IBN-Zertifizierungen fรผr Bauweisen, Gebรคude und Rรคume
Gesund, รถkologisch, verantwortungsvoll Baustoffe, Materialien & Produkte

Nachhaltig weiterbilden

Know-how, Zusatzqualifikationen und neue berufliche Mรถglichkeiten fรผr Baufachleute sowie alle, die sich fรผr gesundes, nachhaltiges Bauen und Wohnen interessieren.

Unser Kompetenz-Netzwerk

Hier finden Sie unsere qualifizierten Baubiologischen Beratungsstellen und Kontakte im In- und Ausland nach Standort und Themen sortiert.

รœber die Baubiologie

Die Baubiologie beschรคftigt sich mit der Beziehung zwischen Menschen und ihrer gebauten Umwelt. Wie wirken sich Gebรคude, Baustoffe und Architektur auf Mensch und Natur aus? Dabei werden ganzheitlich gesundheitliche, nachhaltige und gestalterische Aspekte betrachtet.

25 Leitlinien

Fรผr einen schnellen, aufschlussreichen รœberblick haben wir in 25 Leitlinien der Baubiologie die wichtigsten Parameter herausgearbeitet, sortiert und zusammengefasst. In 15 Sprachen, als PDF oder als Plakat erhรคltlich.